多組分聚氨酯納米纖維膜的制備及防水透濕性能研究.pdf

1、防水透濕多孔膜由于能夠阻止液體與有毒氣體的滲透，而可以使水汽很容易透過等特點(diǎn)而受到了大量的關(guān)注，在保護(hù)服、膜過濾、組織工程等領(lǐng)域有著很多潛在的應(yīng)用。制備這種多孔膜的傳統(tǒng)方法主要包括:力學(xué)拉伸、熔噴和模板法。然而，這些方法操作復(fù)雜、成本較高、難以控制，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。靜電紡絲作為一種簡單高效的方法可以被用于制備連續(xù)的微納米纖維，而且得到的膜具有高的孔隙率和大的比表面積。聚氨酯(PU)具有易加工、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)

2、，已經(jīng)被用于工業(yè)生產(chǎn)中。因此，利用靜電紡絲制備的PU納米纖維膜在防水透濕方面具有重要的研究價(jià)值。
　　本文在制備PU納米纖維膜時(shí)，分別選擇N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇(MeOH)、二氯甲烷(DCM)作為溶劑，通過調(diào)節(jié)溶劑的混合比例找到溶解PU的最佳配比。當(dāng)使用純DMF溶劑得到不同濃度的PU納米纖維膜時(shí)，濃度為15％的纖維膜形貌與孔結(jié)構(gòu)比較均勻。隨著MeOH與DCM溶劑的加入，溶液的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化（如溶液的電導(dǎo)率、粘度

3、、表面張力等），這些性質(zhì)對纖維膜的結(jié)構(gòu)形貌和性能具有重要影響。利用掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)等測試分別表征不同溶劑及配比所得納米纖維膜的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果表明，DMF/MeOH的體積比為3/1時(shí)得到PU納米纖維膜的形貌規(guī)則，纖維直徑分布均勻，孔徑范圍較窄，而且孔隙率較高。因此，這種纖維膜的綜合性能優(yōu)異，其拉伸強(qiáng)度最高為6.6MPa，空氣透過率最高可以達(dá)到17.49L/m2/s。
　　通過在PU納米纖維中摻雜疏水二氧化

4、硅凝膠(HSG)來提高復(fù)合膜的防水能力。通過改變HSG的含量和熱處理溫度，調(diào)控纖維膜的直徑分布、孔徑及孔隙率的大小。探索HSG含量對PU/HSG復(fù)合纖維膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面形貌、熱力學(xué)性能及透氣透濕性能的影響。結(jié)果表明，纖維直徑、孔隙率、孔徑分布隨著HSG含量的增加而逐漸降低。當(dāng)HSG的含量為3％時(shí)，纖維膜的平均孔徑最小約為0.48μm，纖維直徑約為331nm且具有高的比表面積。PU/HSG-3％的水接觸角可以達(dá)到133.6°，靜水壓最大

5、為4.26kPa，并且具有高的拉伸強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。當(dāng)熱處理溫度提高至120℃時(shí)，纖維膜的水蒸氣透過率可以達(dá)到8.01kg/m2/d，空氣透過率為9.20L/m2/s。
　　最后，本文通過在PU/PCL納米纖維的表面包覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)的預(yù)聚物，熱處理得到纏結(jié)交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在改善力學(xué)性能的同時(shí)，提高其防水性能。結(jié)果表明，隨著熱處理溫度的提高，PCL熔融使得納米纖維的直徑變細(xì)，堆積密度逐漸增加。并且PDMS濃度的增加，改變